水體中的氮元素由於（yú）是造（zào）成富營養化的元凶（xiōng），往（wǎng）往是（shì）水汙染（rǎn）控製行業的科研和工程技術的關注重點，其重要性甚至不亞於有機汙染物。本（běn）文梳理（lǐ）了水體中氮元素中的常見（jiàn）存在形（xíng）態以（yǐ）及各自的（de）概念和測試方法。

       一、氮（dàn）元素的關係

       進入水體中的氮主要（yào）有無機氮和（hé）有機氮之分。無機氮包括氨態氮（簡（jiǎn）稱氨氮（dàn））和硝態氮（dàn）。
氨氮包括遊離（lí）氨態氮NH3-N和銨鹽態氮NH4+-N；
硝態氮包（bāo）括硝酸鹽氮NO3--N和亞硝酸（suān）鹽氮NO2--N；
有機氮（dàn）主要有（yǒu）尿素、氨基（jī）酸、蛋白質、核酸（suān）、尿酸、脂肪胺、有機堿、氨基糖等含（hán）氮有機物；
可溶性有機氮主（zhǔ）要以尿素和蛋白質（zhì）形式存在，它可以通過氨化等作（zuò）用轉換（huàn）為（wéi）氨氮（dàn）；
凱氏氮包括有機氮與（yǔ）氨氮，不包括硝態（tài）氮。

       二、各類氮的成分（fèn）分析

       目（mù）前（qián），國標針（zhēn）對（duì）水質中氮的分析主（zhǔ）要分總氮、氨氮、硝態（tài）氮（dàn）、凱氏氮4個方麵。

       1、總氮

       總氮（dàn）是指（zhǐ）可溶性及懸浮顆（kē）粒中（zhōng）的含氮量（通常測定硝酸鹽氮（dàn）、亞硝酸鹽氮、無機銨鹽（yán）、溶解態氨幾大部分有機含氮化合（hé）物中氮的總和）。可溶性總氮是指（zhǐ）水中可溶性及含可過濾性固體（tǐ）（小（xiǎo）於0.45μm顆粒物）的含（hán）氮量。總氮是衡量水質的重要（yào）指標之一。

       總氮的測定方法，一是采用分別測定（dìng）有機（jī）氮和無（wú）機氮（dàn）化合物（氨氮、亞硝（xiāo）酸鹽氮、硝酸鹽氮）後加和的（de）辦法。二是以過硫（liú）酸（suān）鉀（jiǎ）氧化，使有機氮和無機氮轉變為硝酸鹽後（hòu），通過離子（zǐ）選擇電極法對溶（róng）液中的硝酸（suān）根離子進行測（cè）量，也可以用紫外法（fǎ）或還原為亞硝酸鹽後，用偶氮比色法（fǎ），以及離子色譜法進行測定。

       2、凱氏氮

       凱氏氮是以凱氏法（fǎ）測得的的含氮（dàn）量。它包括氨氮和在此條件下（xià）能被（bèi）轉化為銨鹽而測定的有機氮化合（hé）物。此類有機氮主要指蛋白質、腖、氨基酸、核酸、尿素以及大量合（hé）成的，氮（dàn）為負三價的（de）有機氮化合物。不包括疊氮化合物、聯氮、偶氮、腙（zōng）、硝酸鹽、腈、硝基、亞硝基、肟和半卡巴腙類含氮化合物。由於水中一般存在（zài）的有機化合物多為前者（zhě），因此，在測定凱氏氮和氨氮後，其差值即稱之為有機氮（dàn）。

       測定原理是加入硫酸加熱消解，使有機物中的胺基以及（jí）遊離氨和銨（ǎn）鹽均轉變為硫酸氫（qīng）銨，消解後（hòu）的液體，使呈堿性蒸餾出氨，吸收於硼酸溶液，然後（hòu）以滴定法或光度法測定氨含量。測定凱氏氮或有機氮，主（zhǔ）要是為了了解（jiě）水體受汙染狀況，尤其在評價湖泊和水庫的富營養化時，是個有意義的指標。

       3、氨氮

       氨氮（dàn）是指遊離氨（或稱非離子氨，NH3）或離子氨（ān）（NH4+）形態存在（zài）的氨。pH較高，遊離氨的（de）比例較高；反之，銨（ǎn）鹽的比例高。氨氮是水（shuǐ）體中的營養（yǎng）素，可導致水富營養化現象產生，是水體中的主要耗氧汙染物，對（duì）魚類及某（mǒu）些水生生物有毒害。

       氨氮對水生物起危害（hài）作用的主（zhǔ）要是遊離氨（ān），其毒性比銨鹽大幾十倍，並（bìng）隨堿性的增（zēng）強而增大。氨氮毒性（xìng）與池水的pH值及水溫有密切關（guān）係，一般情況，pH值及水溫愈高（gāo），毒性愈強。

       常用來測定氨的兩個近似靈敏度的比色方法是經典（diǎn）的納氏試劑法和苯酚-次氯酸鹽法；滴定法和電極（jí）法也常用來（lái）測（cè）定氨；當氨氮含量高時，也可采用蒸餾（liú）-滴定法。（國標有納氏試劑法、水楊酸分光光度法、蒸餾-滴（dī）定法）

       4、硝態氮

       （1）硝（xiāo）酸鹽

       水中硝酸鹽是在有氧條件（jiàn）下，各種形（xíng）態含氮化合物中*穩定的氮（dàn）化合物（wù），通常用以（yǐ）表示含氮有機物無機化作用*終階段的分解產物。當水樣中僅含（hán）有硝酸鹽而不存（cún）在其他有（yǒu）機或無機的氮化（huà）合物時，認為（wéi）有機（jī）氮化合物分解完全。如果水中含有較多量（liàng）的硝酸鹽同時含有其他含氮（dàn）化合物時，則表示有汙染物已（yǐ）經進入水係，水的“自淨”作用尚在進行。

       硝酸鹽氮的測定方法有離子選（xuǎn）擇電極法、酚二磺（huáng）酸分光光度法、鎘柱還原法、紫外分光光度法、戴氏合金換元法、離子色譜法、紫外法。

       其中電極法測量方便，範圍寬，而且價格便宜，對水樣（yàng）要求較低；酚二磺酸分光光度法測量範圍寬，顯（xiǎn）色穩定；鎘柱還原法適用於水中低含量硝酸鹽測定；戴氏（shì）合金換（huàn）元法適用於（yú）汙染（rǎn）嚴重並帶深色水樣；離子色譜法（fǎ）需要（yào）專用儀器，但可與其他陰離（lí）子聯合測定。

       （2）亞硝酸鹽

       亞硝（xiāo）酸鹽是氮循環的中間產物。亞硝態氮（dàn）不穩（wěn）定，可以（yǐ）氧化（huà）成硝酸鹽氮，也（yě）可以還原成氨氮。因此，在測定其含量的同時，並了解水中硝酸鹽和氨的含量，則可以判斷水（shuǐ）係被含氮化合（hé）物汙染的程度及自淨情況。
水（shuǐ）中亞硝酸鹽的測定方（fāng）法通常采用重氮-偶聯反應（yīng），使生成紅紫色染料。該方法靈敏度高、檢出限低（dī）、選（xuǎn）擇性強（qiáng）。重（chóng）氮試劑選用對氨基苯磺酰胺和對氨基（jī）苯磺酸，偶聯試劑為N-（1-萘基）-乙二胺（àn）和α-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二胺用得較多。

       亞硝酸鹽氮的測定（dìng）方法有N-（1-萘基）-乙二（èr）胺分光光度法、萃（cuì）取分光光度法、離子色譜法、氣相（xiàng）色（sè）譜法等。（國標采用N-（1-萘（nài）基（jī））-乙二胺分光光度法、氣（qì）相（xiàng）色譜法等（děng））

       三、各類氮的去除（chú）

       在汙水處理中氮的主要形態是氨氮，但是還有一些非生活汙水中，含有有機氮或者硝態氮，這些氮構成了（le）我們說（shuō）的各類的不（bú）同形態的氮，我們遇到這類的氮一般是有機氮通過水解（jiě）酸化轉（zhuǎn）化成氨氮（dàn），然後硝化成硝態氮；硝態氮利用反硝化來去除（chú），歸根結底（dǐ），總氮（dàn）、氨氮、硝態氮、凱氏氮（dàn）的去除*終還（hái）是轉化成硝化（huà）與反硝化的氮的去除，其實也就是氨氮（dàn）與硝態氮的去除！目前常見的氮的去除技術有以下（xià）：

       1、化學沉澱法

       化學沉澱（diàn）法又稱為MAP沉澱法，是通過向含有氨氮的廢水中（zhōng）投（tóu）加鎂化物和（hé）磷酸或磷酸氫鹽，使廢水中的（de）NH4﹢與（yǔ）Mg2﹢、PO43﹣在水溶液（yè）中反應生（shēng）成磷（lín）酸（suān）銨鎂沉澱，分子式為MgNH4P04.6H20，從而達（dá）到去除氨（ān）氮（dàn）的目的。反應（yīng）方程式如下:
Mg2﹢+NH4﹢+PO43﹣=MgNH4P04

       2、吹脫法

       吹脫法去除氨氮是通過調（diào）整pH值至（zhì）堿性，使廢水中的氨離子向氨轉化，使其主要以遊離氨形態存在，再通過載（zǎi）氣將遊離（lí）氨（ān）從廢水中帶出，從而達到去除氨氮的目的。影響吹脫效率的因素（sù）主要有pH值、溫度、氣液比、氣體流速、初（chū）始濃度等。目前，吹脫法在高濃度（dù）氨氮廢水處理中的應用較多。

       3、折點氯化法

       折點氯化法除氨的機理（lǐ）為氯氣與氨反應生成無害的氮氣，N2逸（yì）人大氣，使反應源不斷向右進行（háng）。其反應式為（wéi）：NH4﹢+1.5HOCl→0.5N2+1.5H20+2.5H﹢+1.5Cl﹣
       當將氯氣（qì）通人（rén）廢水中達到某一點時，水中遊離氯含量較低，而氨的濃（nóng）度降（jiàng）為零;氯氣通人量超過該點時，水中遊離氯的量就會增（zēng）加，因此，稱該點為折點，該狀態下（xià）的氯化稱（chēng）為折點氯化。

       4、催化氧化法

       催化氧化法是通過催化劑作用（yòng），在一定溫度、壓（yā）力下，經空氣氧化，可使（shǐ）汙水中（zhōng）的有機物（wù）和氨分（fèn）別氧化（huà）分解成CO2、N2和H2O等無害物質，達到淨化的目的。

       催化氧化法（fǎ）具有淨化效率高（gāo）、流程簡單、占地麵積少等優點，多用於處理高濃度氨氮廢（fèi）水。應用難點在於如何防止催化劑流失（shī）以及對設備的腐蝕（shí）防護。

       5、電（diàn）化學氧化法

       電化學氧化（huà）法是指利用具有催化活性的電極氧化（huà）去（qù）除水中汙染物的方法。影響（xiǎng）因素有電流密度、進水流量、出水放置時間和點解時（shí）間等。

       研究含氨氮廢水在循環流動式電解（jiě）槽中的電（diàn）化學氧化，其中陽極為Ti/Ru02-TiO2-Ir02-SnO2網狀電（diàn）極，陰極為網（wǎng）狀鈦電極。結（jié）果表明，在氯（lǜ）離子濃度為400mg/L，初始氨氮濃（nóng）度為（wéi）40mg/L，進水流量為600mL/min，電流密度為20mA/cm2，電解時間（jiān）為90min時，氨氮去除率為99.37%。表明（míng）電解（jiě）氧化含氨（ān）氮廢水具有較好的應用前景。

       6、全程硝化反硝化

       全程（chéng）硝化反（fǎn）硝化是目前應用*廣時間*久的一種生物法，是在各種微生物作（zuò）用下，經過硝化、反硝化等一係列反應將廢水中的氨氮轉化為氮氣，從而達到廢水治理的目的。全程硝化反硝化法去除氨氮需要經過兩個階段：

       硝化反應：硝化反應由好氧自養型微生（shēng）物完成（chéng），在有氧狀態下，利用無機氮為氮源將NH4+化成（chéng）NO2-，然後再氧化成NO3-的過程。硝化過程可以分（fèn）成兩（liǎng）個階段（duàn）。*階段是（shì）由亞（yà）硝化菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽（NO2-），第二階段由硝化菌將亞硝酸鹽（yán）轉化為硝（xiāo）酸鹽（NO3-）。

       反硝化反應：反硝化反應是在缺（quē）氧狀（zhuàng）態（tài）下（xià），反硝化菌將亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮還原成（chéng）氣態氮（N2）的過程。反硝化菌為異養型微生物，多屬於兼性細菌，在缺（quē）氧狀態時，利用硝酸鹽中（zhōng）的氧作為電子受體，以有機物（汙水中的BOD成分）作為電子供體，提供能量並被氧化穩定。

       全程硝化（huà）反硝化工程應用中主要有AO、A2O、氧化溝（gōu）等（děng），是生物脫氮工業中應用較為成熟的方（fāng）法。

       7、同（tóng）步硝化反硝化(SND)

       當硝化與反硝化在同一個反應器中同時進行時，稱為（wéi）同（tóng）時消化反硝化(SND)。廢水中（zhōng）的溶解氧受擴散速度限製在微生物絮體或者生物膜上的微環境區域產生溶解氧梯度，使微生物絮體或生物膜的外表麵溶解氧梯度，利於好氧硝化菌和氨（ān）化菌的生長繁殖，越（yuè）深入絮體或膜內部，溶解氧濃度（dù）越低，產生缺氧區，反硝化菌占優（yōu）勢，從而形成同時消（xiāo）化反硝化過程。影響同時消化反硝化（huà）的因素有PH值（zhí）、溫（wēn）度、堿度、有機碳源、溶解氧及汙（wū）泥齡（líng）等。

       8、短程消化反硝化

       短程硝化反（fǎn）硝化是在同一個（gè）反應器中，先在有氧的條件下，利用氨氧化細菌將（jiāng）氨氧化成亞硝酸（suān）鹽，然後在（zài）缺氧的條件下，以有機物或外加碳源作電子供體，將亞硝（xiāo）酸鹽直接進行反硝化（huà）生成氮氣。

       短程硝化反硝化過程不經曆硝（xiāo）酸鹽階段，節約生物脫（tuō）氮所需碳源（yuán）。對於低C/N比的氨氮廢水具有一定的優勢。短（duǎn）程硝（xiāo）化反硝化具有汙泥量少，反應時（shí）間（jiān）短，節約反應器體（tǐ）積（jī）等（děng）優點。但短程硝化反硝化要求穩定、持久的亞硝酸鹽（yán）積累，因此如何有效抑製（zhì）硝化菌的（de）活性成為關（guān）鍵。

       9、厭氧氨氧化

       厭氧氨氧化是在缺氧條件下，以亞硝態氮（dàn）或硝態氮為電子受體，利用自養（yǎng）菌將氨氮直接氧化為氮氣的過程。

       與傳統生物法相比，厭氧氨氧化（huà）無需外加碳源，需氧量低，無需試劑進行中和，汙泥產量少，是（shì）較經濟的生物脫氮技術。厭氧氨氧化的缺點是反應速（sù）度較慢，所需反應器容積（jī）較大，且碳（tàn）源對厭氧氨氧化不（bú）利（lì），對於解決可生化性差的氨氮廢水具有現實意義。

       10、膜分離法

       膜分離（lí）法是利用膜的選擇透過（guò）性對液體中的（de）成分進行選擇性分離，從而達到氨氮脫除的目的。包括（kuò）反滲透、納濾、脫氨膜及電滲析等。

       脫（tuō）氨膜係統一般用於高氨氮廢水（shuǐ）處理中，氨氮在水中存在（zài）以下平（píng）衡：NH4- +OH-= NH3+H2O運行中，含氨氮廢水流動在膜組（zǔ）件（jiàn）的殼程，酸（suān）吸收液流動在膜組件的管程。廢水中PH提高或者溫度上升時，上述平衡將（jiāng）會向右移動，銨根離子NH4-變成（chéng）遊離的氣態NH3。這時氣態NH3可以透過中空纖維表麵的微孔從殼程中的廢水（shuǐ）相進入（rù）管程的酸吸收液相，被酸液吸收立刻又變（biàn）成離子態的NH4-。保持（chí）廢水的PH在10以上（shàng），並（bìng）且（qiě）溫度在（zài）35℃以上（shàng）（50 ℃ 以下），這樣廢水相中的NH4就會源（yuán）源不斷地變成NH3向吸收（shōu）液相遷移。從而廢水（shuǐ）側的氨氮濃度（dù）不斷下降；而酸吸收液相（xiàng）由於隻有酸和NH4-，所以形成的是非常純淨的銨鹽，並（bìng）且在不斷地循環後達（dá）到一定的濃度，可以被回（huí）收利用。而（ér）該技（jì）術的使用一方麵可以大大（dà）的提（tí）升（shēng）廢水中氨氮的去除率，另一方麵可以降低廢水處理係統的運營（yíng）總成本。

       11、電滲析法

       電滲析法是（shì）利用施加（jiā）在陰陽（yáng）膜對之間的電壓去除水溶液中溶（róng）解的固體。氨氮廢水中的氨離子及其它（tā）離子在電壓的作用下，通過膜在含氨的濃水（shuǐ）中富集，從而達到去除的目的。

       采用電滲析法處理高（gāo）濃度氨氮無機廢（fèi）水（shuǐ）取得較（jiào）好效果。對濃度為2000--3000mg/L氨氮廢（fèi）水（shuǐ），氨氮去除率可在85%以（yǐ）上，同時可獲得8.9%的濃氨水。電滲析法運行過（guò）程中消耗的電量與（yǔ）廢水中氨氮的（de）量成正比。電滲析法處理廢水不受pH值（zhí）、溫度、壓（yā）力限製，操作簡便（biàn）。

       膜（mó）分離法的優點是氨氮回收率高，操作簡（jiǎn）便，處（chù）理效果穩定，無二次汙染等。但在處理高濃（nóng）度氨氮廢水時，除了脫氨膜外（wài）其他的的膜易結垢堵塞，再生、反洗頻繁，增加處理成本，故該法較（jiào）適用於經過預處理（lǐ）的或中低濃度的氨（ān）氮廢水。

       12、離子交換法

       離子交換法是通過（guò）對氨離子（zǐ）具有很強選擇吸附作用的材料去除（chú）廢水（shuǐ）中氨氮的方法。常用的吸附材料有活性炭、沸石、蒙脫石及交換樹脂等。沸石是一種三維空間結構（gòu）的矽鋁酸鹽，有規則的（de）孔道結構和空穴，其中斜發沸石（shí）對氨離子有強的選擇吸附能（néng）力，且價格低（dī），因此工程上（shàng）常用斜發沸石作為氨氮廢水的吸附材料。影響斜（xié）發沸石處理效果的因素有粒（lì）徑、進水氨氮濃度、接觸時間、pH值等。

       沸石對氨氮（dàn）的吸附效果明顯，蛙石次之，土（tǔ）壤與陶粒效果較差（chà）。沸石去除氨氮的途徑以離子交換作用為主，物理吸附作用（yòng）很小，陶粒、土壤和蛙石（shí）3種填料的離（lí）子交換作用和物理吸附作用的效果相（xiàng）當。4種填料的吸（xī）附量在（zài）溫度為15-35℃內均隨（suí）溫（wēn）度的升高而減小，在pH值為（wéi）3-9範圍內隨pH值升高而增大，振蕩6h均達到吸附（fù）平衡。

       離子交換法具有投資小、工藝簡單（dān）、操作方便、對毒物和溫度不敏感、沸石經再生可重複利用等優點。但處理高濃度氨氮（dàn）廢水時，再生頻繁，給操作帶來不便，因此，需要與其他治理（lǐ）氨氮（dàn）的方法聯合應用，或者用於治理低濃度氨氮廢（fèi）水（shuǐ）。